高密度電法數(shù)據(jù)處理結(jié)合鉆孔波速測試在土洞發(fā)育區(qū)的應(yīng)用實(shí)例

易 強(qiáng),李望明,景營利,帥 煥,卞兆津

(湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 四一六隊(duì),株洲 412003)

0 引言

湖南省醴陵市某陶瓷有限公司棚戶區(qū)建設(shè)改造項(xiàng)目，地形平坦，場地較為開闊，在項(xiàng)目勘查過程中，發(fā)現(xiàn)有土洞存在，易引發(fā)地面塌陷[1]，影響工程施工。為了進(jìn)一步查明土洞的發(fā)育程度和分布范圍，進(jìn)行了工程地球物理勘探[2-3]。

這里即是綜合利用高密度電法數(shù)據(jù)處理并抽取電測深曲線[4]及結(jié)合鉆孔波速測試[5],對土洞發(fā)育深度進(jìn)行定量分析的一應(yīng)用工程實(shí)例。

1 高密度電法數(shù)據(jù)中抽取電測深曲線

利用高密度電法數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從高密度電法數(shù)據(jù)中通過專業(yè)制圖軟件surfer中自帶的切片功能，抽取電測深曲線：首先建立一個(gè)“.bln”格式的切片文件，切片文件內(nèi)容為兩列，第一列為測深點(diǎn)號，第二列為測深點(diǎn)的AB/2，并從小到大按序排列；其次將高密度數(shù)據(jù)網(wǎng)格化，將剛形成的切片文件輸入，并輸出.dat文件，抽取的測深數(shù)據(jù)即在輸出的.dat文件中；最后將輸出的.dat文件用Grapher軟件繪制電測深曲線。

根據(jù)電法原理可知，電測深曲線的拐、折點(diǎn)或平臺(tái)異常與土洞發(fā)育也具有對應(yīng)相關(guān)關(guān)系，利用這些特點(diǎn)可劃分出，僅通過高密度電法視電阻率擬斷面圖難以圈定的多層土洞或溶洞發(fā)育或洞高較小的土洞。

2 鉆孔剪切波速測試數(shù)據(jù)分析

鉆孔剪切波速測試是一種孔內(nèi)物探方法，通過測試覆蓋層厚度來劃分建筑場地類別。工作時(shí)將懸掛式探頭(振源和檢波器)放入孔中，用孔中的泥漿液作為震源和檢波器與井壁耦合介質(zhì)，震源為水平激振(垂直井壁)激發(fā)產(chǎn)生S波，S波沿井壁地層傳播，由兩個(gè)相距1 m的檢波器接收沿井壁傳播的S波振動(dòng)信號并把S波的振動(dòng)信號轉(zhuǎn)換成電信號，通過電纜由主機(jī)記錄顯示存儲(chǔ)，主機(jī)對信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后采用兩道互相關(guān)分析方法，自動(dòng)計(jì)算S波在兩道檢波器間傳播的時(shí)間差，從而計(jì)算出兩道間的S波傳播速度，測試順序自下而上逐點(diǎn)進(jìn)行，測點(diǎn)深度間隔1.0 m。

筆者通過在勘察孔及驗(yàn)證孔中進(jìn)行波速測試，對土層剪切波速數(shù)據(jù)進(jìn)行處理成圖，由于存在土洞區(qū)的土層波速值明顯低于完整土層，據(jù)此可分析推斷土洞的發(fā)育情況，圈定土洞的范圍。

3 工程實(shí)例應(yīng)用效果

根據(jù)工作區(qū)場地地層及已知土洞洞穴的走向方向，結(jié)合現(xiàn)場場地的實(shí)際情況，本次布設(shè)物探測線5條：2線、4線、6線、8線、10線，走向?yàn)闁|西向。高密度電法：布設(shè) 60根電極，點(diǎn)距為3 m，線距為6.5 m，采用溫納裝置[6]進(jìn)行采樣，采樣層數(shù)為17層，探測深度約為AB/4。鉆孔剪切波速：點(diǎn)距為1.0 m，異常區(qū)加密為0.50 m，測試孔號為勘察孔ZK12，驗(yàn)證孔YZK1(圖1)。

圖1 物探推斷成果平面圖Fig.1 Results plane diagram of geophysical inference results

1)2線：根據(jù)高密度電法成果圖(圖2)分析，在點(diǎn)號150段～160段，視電阻率等值線不連續(xù)，呈一低阻條帶型或“V”字型異常特征，結(jié)合前期地勘資料，土洞充填地下水，為低阻反映，推斷為土洞發(fā)育，探測深度為AB/4，但其頂?shù)装灏l(fā)育深度較為模糊，因?yàn)檎麄€(gè)異常段均為低阻條帶狀，無法準(zhǔn)確判斷；而根據(jù)勘察孔ZK12(孔位在物探2線150號點(diǎn)位置)鉆孔剪切波速測試成果圖[7](圖3)分析，在7.0 m～11.0 m、16.0 m～21.0 m平均剪切波速值為104 m/s，明顯偏低，推斷為土洞發(fā)育。而高密度電法成果圖中物探異常均為低阻區(qū)，等值線稀疏，未能較好地反映淺部土洞發(fā)育，剪切波速測試相比高密度電法，擁有可人為加密測點(diǎn)的優(yōu)勢，故能準(zhǔn)確地反映出土洞埋深。

圖2 2線高密度電法成果圖Fig.2 Results of the second line of high-density resistivity method

圖3 ZK12剪切波速測試成果圖Fig.3 Results of the Shear wave velocity test results in ZK12

2)4線：根據(jù)高密度電法成果圖(圖4)分析，在點(diǎn)號155段～165段，視電阻率等值線不連續(xù)，呈一低阻條帶型或“V”字型異常特征，推斷為土洞發(fā)育，其頂?shù)装寰嗟乇戆l(fā)育深度約為7.50 m～15.0 m左右；根據(jù)驗(yàn)證孔YZK1(孔位在物探4線160號點(diǎn))鉆孔剪切波速測試成果圖(圖5)分析，在7.0 m～16.0 m平均剪切波速值為103 m/s明顯偏低，推斷為土洞發(fā)育。

圖4 4線高密度電法成果圖Fig.4 Results of the fourth line of high-density resistivity method

圖5 YZK1剪切波速測試成果圖Fig.5 Results of the shear wave velocity test results in YZK1

3)6線：根據(jù)高密度電法成果圖(圖6)分析，在點(diǎn)號150段～165段，視電阻率等值線不連續(xù)，呈一低阻封閉圈異常特征，推斷為土洞發(fā)育，其頂?shù)装寰嗟乇戆l(fā)育深度約為10.0 m～15.0 m左右；根據(jù)從6線160號點(diǎn)抽取電測深曲線(圖7)可知，視電阻率曲線在AB/2=22 m～36 m段呈相對低阻平臺(tái)狀異常特征，推斷為土洞發(fā)育，推斷埋深為11.0 m～18.0 m。

圖6 6線高密度電法成果圖Fig.6 Results of the sixth line of high-density resistivity method

圖7 6線160號點(diǎn)抽取電測深曲線Fig.7 The sixth line in one hundred and sixty point by extracting the electric sounding curve

4)8線：根據(jù)高密度電法成果圖(圖8)分析，在點(diǎn)號155段～165段，視電阻率等值線不連續(xù)，呈一低阻封閉圈異常特征，推斷為土洞發(fā)育，其頂?shù)装寰嗟乇戆l(fā)育深度約為12.0 m～20.0 m左右；根據(jù)從8線162號點(diǎn)抽取電測深曲線(圖9)可知，視電阻率曲線在AB/2=25 m～44 m段出現(xiàn)拐折并呈相對低阻狀異常特征，推斷為土洞發(fā)育，推斷埋深為12.5 m～22.0 m。

圖8 8線高密度電法成果圖Fig.8 Results of the eighth line of high-density resistivity method

圖9 8線162號點(diǎn)抽取電測深曲線Fig.9 The eighth line in one hundred and sixty-two point by extracting the electric sounding curve

5)10線：根據(jù)高密度電法成果圖(圖10)分析，在點(diǎn)號150段～165段，視電阻率等值線不連續(xù)，呈一低阻“V”字型異常特征，推斷為土洞發(fā)育，其距地表發(fā)育深度約為10.0 m～17.5 m左右；根據(jù)從10線160號點(diǎn)抽取電測深曲線(圖11)可知，視電阻率曲線在AB/2=16 m～20 m、30 m～40 m段出現(xiàn)拐折，推斷為土洞發(fā)育，推斷埋深為8.0 m～10.0 m、15.0 m～20.0 m。

圖10 10線高密度電法成果圖Fig.10 Results of the tenth line of high-density resistivity method

圖11 10線160號點(diǎn)抽取電測深曲線Fig.11 The tenth line in one hundred and sixty point by extracting the electric sounding curve

根據(jù)上述2線、4線、6線、8線、10線異常位置連線，推斷了一條土洞發(fā)育帶，發(fā)育寬度約為10.0 m～15.0 m，發(fā)育深度約為7.5 m～20.0 m。

經(jīng)此次工程物探后，在4線160號點(diǎn)位置布設(shè)了一個(gè)驗(yàn)證孔YZK1，根據(jù)鉆孔資料顯示在8.3 m～17.5 m發(fā)現(xiàn)土洞，充填物為流塑狀黏性土，鉆進(jìn)速度極快，與物探異常位置基本吻合。

4 結(jié)論

筆者通過綜合利用高密度電法數(shù)據(jù)處理，從高密度電法數(shù)據(jù)中抽取電測深曲線及結(jié)合鉆孔波速測試，對土洞發(fā)育深度進(jìn)行定量分析，能很好地探測出土洞的空間位置及分布范圍，可劃分出僅通過高密度電法視電阻率擬斷面圖難以圈定的多層土洞或溶洞發(fā)育或洞高較小的土洞，并經(jīng)鉆探驗(yàn)證后，證明了本文方法及對物探數(shù)據(jù)綜合分析處理在土洞勘查及類似工程地質(zhì)勘查[8]中的高效性、準(zhǔn)確性。